高爐沖渣水余熱回收技術及潛力分析

發布時間:2018-12-21 01:25          

陳超?丁翠嬌?朱善合

高爐在生產過程中產生大量的沖渣水,同時排放了大量的熱量,做好高爐沖渣水余熱回收工作意義重大。本文介紹了現有高爐沖渣水余熱回收技術,對武鋼高爐沖渣水余熱資源進行了調研和統計,并對其回收潛力進行了分析。

分析結果顯示,武鋼有限煉鐵廠年產沖渣水總熱量為558.31萬吉焦,相當于19.07萬噸標準煤;采用間接換熱取暖技術進行余熱回收,合計可以滿足363.2萬平方米居民住宅取暖需求,回收潛力巨大。

高爐沖渣水余熱回收技術

高爐渣的主要成分是氧化鎂、氧化鈣、三氧化二鋁,約占爐渣總量的95%,出渣溫度在1450℃~1650℃之間。爐渣的處理主要采用水力沖渣方式,產生溫度在70℃~90℃之間的沖渣熱水,高爐沖渣水余熱熱源溫度較低,但流量巨大,并且水中蘊含的化學物質對普通鋼材具有一定的腐蝕性,因此做好高爐沖渣水余熱回收工作,不僅能夠有效減少能源浪費,而且可以保護周邊環境。

高爐沖渣水余熱的利用方式主要包括采暖(熱水)、制冷、發電和海水淡化。目前,將高爐沖渣水中余熱用于發電,普遍存在效率低、成本高等問題,相關技術尚處于研發階段,離工業化應用還有一段距離;沖渣水余熱制冷技術也一直是研究的熱點之一,目前只有少數鋼鐵企業應用,還沒有推廣;海水淡化技術受地域性限制,主要用于沿海地區鋼鐵企業。因此,目前煉鐵系統最切實可行的余熱利用方式為利用沖渣水進行采暖。高爐沖渣水余熱采暖技術主要包括直接換熱、間接換熱和利用高爐沖渣水專用換熱器進行直接換熱供暖3種方式。

高爐沖渣水的溫度特性,使其非常適合作為采暖熱源。自20個世紀80年代以來,鞍鋼、濟鋼、邯鋼、宣鋼、通鋼、唐鋼等北方鋼廠已成功實施了高爐沖渣水余熱利用采暖工程。在將高爐沖渣水作為采暖熱源利用時,各大鋼廠主要采取兩種途徑:一是直接換熱,經過濾凈化后的高爐沖渣水作為采暖熱媒直接進入采暖末端設備,如圖1所示;二是間接換熱,經過濾凈化后的高爐沖渣水與換熱器間接換熱得到二次熱水,然后作為熱媒進入采暖末端設備,如圖2所示。直接換熱在早期應用較多,由于運行過程中易發生堵塞、腐蝕現象,導致系統不能正常運行,因此目前應用較多的是換熱器間接取暖技術。

同時,高爐沖渣水余熱還可用于發電,其原理為:工質在換熱器中吸收熱量后,閃蒸成為溫度在80℃左右的過熱蒸汽,進入汽輪機做功,進而帶動發電機組發電。在輸出功率后,工質變為低壓蒸汽,進入冷凝器放出熱量,隨后轉化為低溫低壓的液體工質,經凝結水泵送到熱交換器吸熱,再次轉變為過熱蒸汽,推動汽輪機做功。將高爐沖渣水余熱進行回收發電,需要配置相應的設備,如汽輪機、發電機、凝汽器等,初期投資巨大,占地面積大,需要專門的管理人員進行管理。同時,大功率循環泵自身的耗電量較大,外送電率小,發電成本相對較高,而且受高爐冶煉頻率的影響,汽輪機的運行缺乏穩定性,離工業化還有一段距離。

此外,高爐沖渣水可用于海水淡化。海水淡化工藝流程即將沉淀過濾后的高爐沖渣水導入換熱器內,與循環除鹽水進行熱量交換,冷卻后的沖渣水進入凝結水池,用于循環沖渣。換熱器內的高溫熱水進入閃蒸罐,進行噴淋,在蒸發壓力下閃蒸沸騰,其中一部分熱水汽化成為相應的飽和蒸汽,另一部分熱水溫度降低到蒸汽溫度以下,回流到換熱器中重復加熱。飽和蒸汽送入海水淡化裝置進行蒸發制水,待蒸汽凝結后,經過熱力除氧,為蒸汽發生器補充水分。在對換熱器進行設置時,可以采用多級換熱方式,增加換熱面積,延長換熱時間,提高除鹽水給水溫度。海水淡化工藝流程見圖3。

沖渣水不僅可用于取暖,還可用于制冷。由于夏天無需供暖,在采用傳統沖渣水余熱取暖技術時,一到夏季,沖渣水取暖系統就停止運行,很不經濟,因此考慮夏季利用沖渣水進行制冷。沖渣水采暖系統的供熱管網為區域制冷的實現提供了便利條件。由于熱源、供熱管網和熱交換站都是現成的,只需將熱交換站改造成冷暖站,在用戶室內增設風機盤管,投資不大,就可以制成冬季供暖、夏季制冷的兩用系統。區域制冷系統不僅可以提高制冷系數,還可以減少二氧化碳排放量,但目前大多處于可研階段,應用案例較少。沖渣水區域制冷系統如圖4所示。

在上述4種余熱回收方式中,考慮武鋼有限沖渣水余熱資源特點及地理位置,最切實可行的余熱利用方式為利用沖渣水進行采暖。

武鋼煉鐵廠高爐沖渣水余熱回收潛力分析

沖渣水顯熱作為高爐渣顯熱的一部分,是武鋼有限煉鐵廠目前最有回收潛力的余熱資源。武鋼有限煉鐵廠共有6座高爐,其中1號、5號、6號、7號、8號5座高爐爐渣處理主要采用水力沖渣方式,爐渣水淬方式均為因巴法(INBA),產生沖渣水余熱,可加以回收利用。本文對1號、5號、6號、7號、8號5座高爐的生產及沖渣水數據進行了統計,如表1所示。

由表1已知數據,根據以下公式分別對5座高爐沖渣水余熱量進行計算,結果如表2所示。

Q=ρcv△t

式中:Q———高爐沖渣水余熱量,兆瓦

ρ———沖渣水密度,千克/立方米

c———沖渣水比熱,焦耳/千克·攝氏度

v———沖渣水流量,立方米/小時

由上表可以看出,1號高爐年產余熱總量為124.7萬吉焦,相當于4.26萬噸標準煤;5號高爐年產余熱總量為98.84萬吉焦,相當于3.38萬噸標準煤;6號高爐年產余熱總量為98.84萬吉焦,相當于3.38萬噸標準煤;7號高爐年產余熱總量為130.29萬吉焦,相當于4.45萬噸標準煤;8號高爐年產余熱總量為105.63萬吉焦,相當于3.61萬噸標準煤。武鋼有限煉鐵廠年產沖渣水總熱量為558.31萬吉焦,相當于19.07萬噸標準煤。

沖渣水有效利用熱量可按以下公式進行計算:

Q=m△h

式中:m為沖渣水循環量,△h為沖渣水在利用前后的焓變,水溫變化可按75℃~60℃計算,得出各高爐有效利用熱量分別為:1號高爐為24.4兆瓦,5號、6號、7號高爐為38.4兆瓦,8號高爐為42兆瓦。采暖熱指標取50瓦/平方米計算,按以下公式計算供暖面積:

F=Q/qf

式中,qf為采暖熱指標。由此可得1號高爐可供約24.4×106/50=48.8萬平方米用戶采暖;5號、6號、7號高爐可供約38.4×106/50=76.8萬平方米用戶采暖;8號高爐可供約42×106/50=84萬平方米用戶采暖。合計可滿足363.2萬平方米居民住宅取暖需要。

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